книги из ГПНТБ / Радиоприемные устройства учебник

до 200 МГц, причем широкие полосы пропускания выполнимы при вы­ соких промежуточных частотах, а узкие —при низких промежуточных частотах.

Радиовещательные приемники амплптудио-модулированпых сиг­

Избирательность супергетероднпиого приемника по соседнему ка­ налу (малые расстройки) определяется формой частотной характе­ ристики УПЧ. Для получения хорошей частотной избирательности усиление должно резко уменьшаться за пределами полосы пропуска­ ния. Следовательно, частотная характеристика усилителя должна приближаться к прямоугольной (рис. 5.1).

Форму частотной характеристики усилителя (степень ее приближе­

тем больше частотная характеристика усилителя приближается к иде­ альной. Обычно /(под = 1,5 -f- 3. Иногда вместо коэффициента пря­ моугольное™ задают избирательность по соседнему каналу SeCtt при расстройке Д/с,;.

Резкое уменьшение усиления за пределами полосы пропускания (коэффициент прямоугольное™ приближается к -единице) не всегда требуется. Это требование существенно при наличии помех, частоты которых расположены за границей полосы пропускания. В диапазоне дециметровых и сантиметровых волн основными являются шумовые помехи, спектр которых сплошной и равномерный. Действие шумовой помехи на приемник в основном определяется его шумовой полосой пропускания, которая приближенно равна полосе пропускания на уровне х0 = 0,7. Поэтому в большинстве случаев к УПЧ приемников СВЧ предъявляют требования получения широкой полосы пропуска­ ния, обеспечивающие прохождение сигнала с малым искажением, и не оговаривают величину коэффициента прямоугольное™.

В УПЧ применяют одиночные контуры, связанные контуры — поло­ сковые фильтры и фильтры сосредоточенной избирательности. Полоса пропускания и форма частотной характеристики усилителя должны совпадать с шириной и формой спектра сигнала. В большинстве слу­ чаев частотную характеристику усилителя стараются выполнить близ­ кой к прямоугольной.

160

Уравнение частотной характеристики каскада с одиночным конту­ ром (3.74)

одинаковую полосу пропускания на любом уровне х и, следовательно, одинаковый коэффициент прямоугольное™. Поэтому в большинстве случаев используют приближенное выражание для £.

Схемы с малой внутренней обратной связью обладают взаимосвя­ зью амплитудно-частотной, фазо-частотной и переходной характе­ ристик, что позволяет предъявлять требования к одной из характери­ стик, а при этом остальные будут иметь соответствующие параметры. Поскольку частотная характеристика высокочастотного тракта прием­ ника определяется УПЧ, то частотные и переходные характеристики, а__следовательно, линейные и нелинейные искажения сигналов опре^ деляются также УПЧ.

Модулированный высокочастотный сигнал усиливается УПЧ, за­ тем детектируется и на выходе детектора получается низкочастотный сигнал, соответствующий промодулированному параметру (амплитуде, частоте, фазе). Поэтому в УПЧ искажения промодулированного пара­ метра высокочастотного сигнала должны быть минимальными. Напри­ мер, при амплитудно-модулированном сигнале важны искажения его огибающей, при фазо-модулированном сигнале (ФМС) — искажения изменения фазы во времени, а при импульсно-модулированном сигнале (ИМС) — искажения огибающей импульсов.

Схемы каскадов УПЧ на лампах и полевых транзисторах имеют ав­ тотрансформаторную связь или непосредственную связь с выходным контуром. Вход следующего каскада с выходным контуром предыду­

щего каскада имеет непосредственную связь. Схемы каскадов усили­ телей на транзисторах имеют автотрансформаторную связь с выход­ ным контуром пли непосредственную связь с ним при широкой полосе пропускания. Связь контура с входом следующего транзисторного ка­ скада, у которого малое входное сопротивление, слабая и обычно трансформаторная.

В узкополосных усилителях коэффициент усиления каскада ог­ раничивается устойчивым коэффициентом усиления, а в широкополос­ ных—он небольшой и не всегда ограничивается устойчивым коэффи­ циентом усиления. Устойчивость усилителей обеспечивают снижением коэффициента усиления каскада до устойчивого значения, которого достигают, уменьшая коэффициент трансформации на выходе УП или увеличивая емкость контура (уменьшая эквивалентное резонансное сопротивление контура).

Рассмотрим основные электрические характеристики У-ПЧ.

К о э ф ф и ц и е н т у с и л е н и я

К = К’1

iV‘Oy

где К0 — коэффициент усиления одного каскада (все каскады одина­ ковые); п — число каскадов.

Контуры усилителя могут быть взаимно расстроены и тогда коэффи­ циент усиления усилителя определится на средней частоте полосы про­ пускания.

Полоса пропускания приемника равна полосе пропускания УПЧ.

С т е п е н ь и с к а ж е н и й с и г н а л а . Для АМС и ЧМС — это степень частотных и нелинейных искажений, а для импульсных сигналов—искажений переднего фронта импульса и его выброс.

К о э ф ф и ц и е н т ш у м а УПЧ для радиолокационных прием­ ников сантиметрового диапазона без УРЧ должен быть минимальным.

У с т о й ч и в о с т ь р а б о т ы — отсутствие возможности само­ возбуждения и стабильность формы частотной характеристики в про­ цессе нормальной эксплуатации.

Д и н а м и ч е с к и й д и а п а з о н характеризуется отноше­ нием максимальной амплитуды входного сигнала £УВХ макс, при ко­ торой искажения сигнала допустимые, к амплитуде входного сигнала UBX, соответствующей чувствительности приемника,

Д уП Ч = 20 lg (Uвх манс/^вх)-

162

Кроме того, УПЧ должен потреблять малую мощность от источника питания, быть механически прочным, иметь небольшие габариты и вес, стоимость и т. п.

5.2.Усилители промежуточной частоты

содиночными контурами, настроенными на одну

частоту

Усилители с одиночными контурами, настроенными на одну ча­ стоту, состоят из п каскадов, содержащих одиночный контур, причем все контуры настроены на одну частоту, которая является промежу­ точной / п.

Усилители на лампах и полевых транзисторах содержат каскады с непосредственным или автотрансформаторным включением контура.

Вход следующего каскада имеет непосредственную связь с контуром (рис. 5.3). Для расширения полосы пропускания контуры шунтируют резисторами. Если сопротивление резистора получается большим (Дш = # а = 3 -1- 4 кОм), то его шунтируют дросселем, что исклю­ чает падение постоянного напряжения на резисторе. Индуктивность дросселя берут значительно больше индуктивности контура Lnp ^ > 10 L.

163

0*

Транзисторные усилители содержат каскады с непосредственным или с автотрансформаторным включением контура и автотрансформа­ торной или трансформаторной связью входа следующего каскада с кон­

автотрансформаторную связь с входом следующего каскада (рис. 5.5). Коэффициент трансформации в этой схеме согласно формуле (3.16) равен

Ct+Cj + свх2 +см2

Цепи питания УП в каскадах УПЧ такие же, как и в УРЧ. Обоб­ щенной схемой каскада на лампе, полевом транзисторе и транзисторе является схема с автотрансформаторным включением контура и авто­ трансформаторным включением входа следующего каскада. Такая схема приведена на рис.. 3.16, но в ней параллельно проводимости кон­ тура включена проводимость шунтирующего резистора -‘Эквива­ лентные емкость и резонансная проводимость контура согласно выра­ жениям (3.41) и (3.42) равны:

Резонансный коэффициент усиления каскада на основании выра­ жения (3.44) определяем как

|У2, | пц тг

= | У2) |/»|

8я

'■Эквивалентная схема /г-каскадного усилителя приведена на рис. 5.6.

Н>4

Решая выражение (5.5) относительно Пх, получаем полосу пропу­ скания усилителя на уровне х. Подставляя в формулу (5.1) значения П„ и П по формуле (5.7), можно записать коэффициент прямоуголь­ ное™ для уровня х в виде

ГИж заданном уровне отсчета х коэффициент прямоугольности зависит только от числа каскадов п. Значения коэффициентов прямоугольности дДя уровней х = 0,1 и 0,01 13, 5, 6] приведены в табл. 5.2.

Из табл. 5.2 видно, что с увеличением числа каскадов коэффициент прямоугольности улучшается и при п ^ 4 мало зависит от числа ка­ скадов и равен /Сп0,1 « 3.

Коэффициент усиления каскада согласно (5.10) определяем как

Коэффициент усиления усилителя равен

_ ]^п - j . ( I У'з! I т\ Щ \ п

2пСэ Пу

168

Выражая полосу пропускания каскада Пх через полосу пропуска­ ния усилителя Г1, при постоянных значениях тх и т2 получаем

— единичное усиление, т. е. усиление такого одиночного одноконтур­ ного каскада, у которого полоса пропускания равна полосе пропуска­ ния усилителя П; фх(я) = |¥ 1(я)]'! — функция, зависящая только от числа каскадов. Значения функции фх(п) [3, 5, 6] приведены в табл. 5.1.

Для получения большего коэффициента усиления усилителя нужно иметь возможно большую величину единичного усиления. Увеличить его можно, уменьшив эквивалентную емкость контура исключением сосредоточенной емкости контура Ск. В этом случае эквивалентная емкость контура будет состоять из емкостей схемы

C3 = CCx = Cl + т\ (Свых1 4- Сш) + т\ (Свх3 + Смз)

и смена ламп будет сказываться сильнее на полосе пропускания усилителя.

Согласно (3.108) условие устойчивости усилителя выполняется, когда коэффициент усиления каскада не больше устойчивого коэффи­ циента усиления, т. е.

Ко = VКоу < К ,с,.

Коэффициенты трансформации т1 и т2 транзисторного каскада вы­ бирают из условий требуемых полосы пропускания и устойчивости. Задаваясь эквивалентной емкостью контура Сэ, определяют его эк­ вивалентную резонансную проводимость

Полагая, что коэффициенты трансформации на выходе каскада и на входе следующего каскада равны, т. е. = т 2{2) — т 2, а К0 —

— | К211 щт^/gy — /Суст, и решая последнее равенство относительно /щ/щ, получаем

тх = Л /т 2. В широкополосных усилителях применяют полное вклю­ чение контура (тх = 1), тогда т2 = А.

167

Эквивалентная резонансная проводимость контура может быть за­ писана также в виде

8 о — ^ Э(00С В = в ых1 8 т £ н "Ь ^ h 8 nx2’

Отсюда находим проводимость резистора, шунтирующего контур,

При использовании междукаскадного согласования или режима максимального усиления (см. § 3.6) возрастает коэффициент усиления каскада и обычно не выполняется условие устойчивости (3.108). По:

этому практически междукаскадное согла­

На рис. 5.7 приведена зависимость К0у(КеЯ1, п). При малой величине пкр < 9, что может ограничить число каскадов усилителя.

К достоинствам усилителя с одиночными контурами, настроенными на одну частоту, относятся простота настройки и незначительное ухуд­ шение характеристик при небольших случайных расстройках отдель­ ных контуров. По сравнению с другими типами УПЧ усилитель с оди­ ночными контурами, настроенными на одну частоту, имеет следующие недостатки: малую величину площади усиления и наихудший коэффи­

168

5.3. Усилители промежуточной частоты с одиночными попарно расстроенными контурами

Усилитель состоит из четного числа каскадов с одиночными кон­ турами и в каждой паре каскадов один контур настроен на частоту ниже /о, а другой—-на частоту выше/0. Эквивалентная схема /г-кас- кадного усилителя приведена на рис. 5.8.

Рассмотрим одну пару каскадов с взаимно расстроенными на ве­ личину 2А/0 контурами, имеющими одинаковые эквивалентные зату­ хания dЭ1 = da2 = Д- Считаем, что взаимная расстройка невелика,

т. е. А/0//о С Ь и тогда частотная характеристика пары каскадов с собственными частотами Д и / 2 будет симметрична относительно сред­ ней частоты /о = (Д + Д)/2. Частотные характеристики каскадов приведены на рис. 5.9. В зависимости от величины расстройки между контурами частотная характеристика

169